JP3623367B2 - 巨大磁気抵抗効果素子を備えたポテンショメータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部磁界の変化に応じて大きな抵抗変化を示す巨大磁気抵抗効果素子を備えたポテンショメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、巨大磁気抵抗効果素子を用いた磁界センサとして、特開平８−２２６９６０号公報に開示の如く、４つの巨大磁気抵抗効果素子をブリッジ接続してなる構成のものが知られている。
この公報に開示された磁界センサＡは、図１７に示すように、離間して配置された巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４を備え、巨大磁気抵抗効果素子１、２を導線５で接続し、巨大磁気抵抗効果素子１、３を導線６で接続し、巨大磁気抵抗効果素子３、４を導線７で接続し、巨大磁気抵抗効果素子２、４を導線８で接続し、導線６に入力端子１０を導線８に入力端子１１を各々接続して設け、導線５に出力端子１２を導線７に出力端子１３を接続して構成されている。
【０００３】
また、巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４は、それぞれ非磁性層１５の上下に強磁性層１６、１７を設けたサンドイッチ構造とされ、一方の強磁性層（ピン止め磁性層）１６上に反強磁性体層などの交換バイアス層１８が設けられ、この交換バイアス層１８による交換結合を生じさせて強磁性層１６の磁化の向きを一方向にピン止めして構成されている。また、他方の強磁性層（フリー磁性層）１７の磁化の向きは外部磁界の向きに応じて回転自在、例えば、強磁性層１７を含む水平面に沿って回転自在にされている。
【０００４】
更に、図１７に示す構造の磁界センサＡにあっては、巨大磁気抵抗効果素子１のピン止め磁性層１６の磁化の向きが図１７の矢印２０に示すように手前側向きとされ、巨大磁気抵抗効果素子２のピン止め磁性層１６の磁化の向きが矢印２１に示すように奥向きとされ、巨大磁気抵抗効果素子３のピン止め磁性層１６の磁化の向きが矢印２３に示すように奥向きとされ、巨大磁気抵抗効果素子４のピン止め磁性層１６の磁化の向きが手前側向きとされている。また、巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４のフリー磁性層１７の磁化の向きは外部磁界が作用しない状態においてそれぞれ図１７の矢印２４に示すように右向きとされている。
【０００５】
図１７に示す磁界センサＡにおいて外部磁界Ｈが作用すると、外部磁界Ｈに合わせて、例えば第１、第４の巨大磁気抵抗効果素子１、４においてフリー磁性層１７の磁化の向き２４が図１８に示すように所定の角度ｄだけ回転するので、ピン止め磁性層１６の磁化の向き２０との角度関係が変わる結果、抵抗変化が生じる。また、第１と第４の巨大磁気抵抗効果素子１、４のピン止め磁性層１６の磁化の向きと、第２、第３の巨大磁気抵抗効果素子２、３のピン止め磁性層１６の磁化の向きが１８０゜反対であるため、位相の異なる抵抗変化を得ることができる。
【０００６】
図１７に示すブリッジ接続型の磁界センサＡにあって、これらの磁化の向きを各矢印に示すように規定しているのは、外部磁界Ｈに感応してフリー磁性層１７の磁化の向きが変化した場合に、巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４から差動出力を得る必要があるので、図１７の上下左右に位置する巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４において隣り合う隣接するものどうしで１８０゜方向が異なる反平行向きに磁化の向きをピン止めする必要があるためである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１７に示す構造を実現するためには、基板上に巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４を隣接させて形成し、隣接する巨大磁気抵抗効果素子のピン止め磁性層１６の磁化の向きをそれぞれ１８０゜異なる方向に固定しなくてはならない。
【０００８】
また、この種のピン止め磁性層１６の磁化の向きを制御するために交換バイアス層１８の格子磁化を調整するには、強磁性が消失するブロッキング温度と呼ばれる温度以上に加熱した状態で交換バイアス層１８に所定の向きの磁界を印加しておき、この磁界を印加したままで冷却する熱処理を行わなくてはならない。
ところが、図１７に示す構造においては、巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４毎に交換バイアス層１８の磁化の向きを１８０゜変えなくてはならないので、基板上に隣接状態で形成されている巨大磁気抵抗効果素子毎に磁界の向きを制御しなくてはならないことになり、単に外部から電磁石等の磁場発生装置で磁界を印加する方法では、磁界を１方向にしか印加できないので、図１７に示す構造を製造することが困難な問題があった。
【０００９】
このため、特開平８−２２６９６０号公報に開示の技術によれば、基板上に隣接状態で形成される巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４に沿ってそれぞれ導体層を積層し、これらの導体層の各々に異なる向きの電流を流して各導体層から個別に向きの異なる磁界を発生させながら前述の熱処理を行うことによって図１７に示す構造を実現できると記載されている。ところが、交換バイアス層１８の格子磁化を制御するために導体膜に大きな電流を印加して大きな磁界を発生させたくとも、基板上に巨大磁気抵抗効果素子とともに積層した薄膜状の導体膜に大きな電流を流すことは難しく、導体膜から発生できる磁界では強い磁界を印加して効率良く処理することができない問題がある。更に、基板上に隣接状態で設けられている巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４に複数の導体膜から別々の向きの磁界が作用することになるので、個々の巨大磁気抵抗効果素子の交換バイアス層１８に個別に強い磁界を作用させることは極めて困難な問題があった。
【００１０】
以上のごとく図１７に示す磁界センサＡは優れた磁界センサとしての機能を有する反面、実際に基板上に成膜処理を施して磁界センサＡを製造するためには、極めて微妙な磁界印加処理と熱処理とを施す必要があり、製造が難しいので、広い用途に供するには問題を有する構造であった。
【００１１】
更に、図１７に示す構造の磁界センサＡの用途に関し、特開平８−２２６９６０号公報によれば、リニア及びロータリ符号化器、近接検出器あるいは地磁気磁力計等への示唆がなされているのみであり、磁界センサＡの構造を具体的にどのような方面の機器にどのように応用するべきかの示唆は全くなされていない。
【００１２】
一方、従来から磁気応用製品の一例としてホール素子を用いた磁気式ポテンショメータが知られており、この種のポテンショメータは磁界の変化に感応するホール素子を検出素子として用いたものであるが、この種のホール素子で得られる信号出力は極めて小さいので、大きな信号出力を得ることができる構造が望まれていた。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑み、従来の磁界センサとは異なる発想を基にして巨大磁気抵抗効果素子を利用する試みを種々行うことによりなされたもので、巨大磁気抵抗効果素子を用いた特異な構造を採用することによって磁気コード部材の回転角度を検出することができるようにするとともに、大きな出力を得ることができるポテンショメータの提供を目的とするものである。
また、本発明は、４つの巨大磁気抵抗効果素子の交換バイアス層の磁化を個々にブリッジ接続型として好ましい方向に確実に制御できるとともに、その制御が容易にできる構造を採用して製造を容易にしたポテンショメータを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、交換バイアス層と、この交換バイアス層により磁化の方向が一方向に固定されたピン止め磁性層と、非磁性層と、外部磁界によって磁化の方向が回転自在にされたフリー磁性層とを少なくとも具備する巨大磁気抵抗効果素子が一対以上備えられ、前記対になる巨大磁気抵抗効果素子が、各々のピン止め磁性層の磁化の向きを１８０゜反対向きに向けて相互に電気的に接続されて基体上に設けられるとともに、前記基体上の巨大磁気抵抗効果素子に対向状態で回転自在に磁気コード部材が設けられ、前記磁気コード部材の回転中心が前記対になる巨大磁気抵抗効果素子の中間位置を通過するように配置され、前記磁気コード部材にはその回転方向に沿って少なくとも２つの磁極が形成されてなることを特徴とする。
【００１５】
本発明において、前記対になる巨大磁気抵抗効果素子が基体上で相互に離間して設けられ、それら巨大磁気抵抗効果素子の中心位置と前記磁気コード部材の回転中心軸位置が一致されてなることを特徴とする構成でも良い。
本発明において、第１の直線に沿って第１の巨大磁気抵抗効果素子と第２の巨大磁気抵抗効果素子とが配置され、前記第１の直線に平行な第２の直線に沿って第３の巨大磁気抵抗効果素子と第４の巨大磁気抵抗効果素子とが配置されるとともに、これら４つの巨大磁気抵抗効果素子の中心位置と前記磁気コード部材の回転中心軸位置とが一致されてなることを特徴とする構成でも良い。
【００１６】
次に本発明において、前記第１と第２と第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子の内、ピン止め磁性層の磁化の向きが異なるものどうしが接続されてホイートストンブリッジが構成されてなるものでも良い。
更に本発明において、前記第１と第２と第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子の各接続部分の内、２つに入力側の端子部が残り２つに出力側の端子部が形成されてなることを特徴とする構成とすることもできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のポテンショメータの第１実施形態について図面を参照して説明する。
図１は第１実施形態のポテンショメータに備えられる巨大磁気抵抗効果素子の接続状態とそれに対向する磁気コード部材の配置関係を示す回路図、図２は第１実施形態のポテンショメータの断面構造を示す図である。
図１に示す回路おいて外部磁界に応じて電気抵抗が変化する巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の一端２６ａ、２７ａが導体２８により接続され、接続部分の導体２８に出力側の端子部２８Ａが形成され、巨大磁気抵抗効果素子２６の他端２６ｂに入力側の端子部２６Ａが、巨大磁気抵抗効果素子２７の他端２７ｂにアース側の端子部２７Ａが形成されている。換言すると、図１に示す回路構造においては、直列接続された巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の接続中間点と一方の端部に出力側の端子部が、他方の端部に入力側の端子部が各々設けられた構造とされている。
【００１８】
図１に示す回路は、実際には図２に示すポテンショメータＭ１に内蔵された基板Ｋの一面に形成されていて、基板Ｋ上で巨大磁気抵抗効果素子２６と巨大磁気抵抗効果素子２７とは所定距離離間して互いに平行に、かつ、巨大磁気抵抗効果素子２６の一端２６ａと巨大磁気抵抗効果素子２７の一端２７ａを接近させた互い違いの位置に設けられるとともに、巨大磁気抵抗効果素子２６、２７に設けられる後述のピン止め磁性層の磁化の向きｅ、ｈを互いに１８０゜異なる方向に向けて設けられている。
【００１９】
図２に示すポテンショメータＭ１は、回転軸８０と、この回転軸８０を軸回りに回転自在に支持する円盤状の軸受部材８１と、この軸受部材８１の裏面側に装着されたキャップ状のカバー部材８２と、このカバー部材８２で覆われた軸受部材８１の裏面側に設けられた磁気コード部材８３と基板（基体）Ｋとを主体として構成されている。前記軸受部材８１は例えば黄銅製の円盤状部材から、前記カバー部材８２は例えば金属板を絞り加工して得られたものから形成される。
【００２０】
前記回転軸８０は、樹脂あるいは非磁性ステンレス鋼などの非磁性体からなる棒状のもので、回転軸８０の一端部側が軸受部材８１を貫通して裏面側に突出され、その一端部に円盤状の磁気コード部材８３が回転軸８０と直角向きに取り付けられている。この磁気コード部材８３はその一面の中心軸Ｏを通過する１本の中心線８４を境界として一側（図１では左側）がＳ極に、他側（図１では右側）がＮ極にされた磁石板から構成されている。
従って磁気コード部材８３にはその周方向に沿って複数の磁極が形成されていることになる。なお、磁気コード部材８３はその周方向に２つ以上の異なる磁極が形成されていれば良いので、本実施形態のようにＳ極とＮ極の２つのみではなく、それ以上の数の磁極を設けても良い。また、回転軸８０は軟磁性材の鉄からなるものでも良いし、磁気コード部材、巨大磁気抵抗効果素子２７、２７との距離が十分に離れている場合は強磁性体からなるものでも良い。
【００２１】
軸受部材８１の裏面側にはホルダ部材８５によって支持された状態で取付基板８６が前記磁気コード部材８３と平行にギャップをあけて設けられ、この取付基板８６の磁気コード部材側の面の中央部に基板Ｋが取り付けられている。この基板Ｋの一面には、図１に示す回路図の如く巨大磁気抵抗効果素子２６、２７が形成されているが、これらは、前記磁気コード部材８３の中心線８４の中央部をそれに対向する巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の間の中間部分に位置させるように取付基板８６に固定されている。なお、図１に示すように巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の間の中央位置に収まるように磁気コード部材８３の中心線８４を対向させた場合に、磁気コード部材８３の中心軸Ｏを基準として巨大磁気抵抗効果素子２６、２７が点対称位置になるように配置されることが最も望ましい。
【００２２】
また、磁気コード部材８３と基板Ｋの間の距離（ギャップ）は、磁気コード部材８３が発生させる磁界によって巨大磁気抵抗効果素子２６、２７が飽和する領域で使用されるための距離とされるので、通常は数ｍｍ〜１０数ｍｍ程度とされる。
【００２３】
図３は本実施形態の巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の具体的な積層構造と、それら各層の磁化の向きを明らかにするためのもので、巨大磁気抵抗効果素子２６、２７はいずれも同等の構造とされ、基本的には図２に示すように強磁性層（フリー磁性層）ａと非磁性層ｂと強磁性層（ピン止め磁性層）ｃと交換バイアス層（反強磁性体層）ｄを積層して構成されている。また、巨大磁気抵抗効果素子２６、２７は平面視線状に細長く形成されていることが好ましい。従って図１に示す接続回路の場合において巨大磁気抵抗効果素子２６、２７を回路記号の波線で略記した状態において、波線の長さ方向（図１では上下方向、あるいは、図１に示す位置の中心線８４と平行な方向）に線状の巨大磁気抵抗効果素子２６、２７を配置することが好ましい。
【００２４】
図３に示す積層構造において、交換バイアス層ｄに隣接しているピン止め磁性層ｃは、交換バイアス層ｄによって磁化の向きがピン止めされている。具体的には、巨大磁気抵抗効果素子２６において交換バイアス層ｄとピン止め層ｃの磁化の向きが矢印ｅに示すように右向きに、巨大磁気抵抗効果素子２７において交換バイアス層ｄとピン止め層ｃの磁化の向きが矢印ｈに示すように左向きに設定されている。従って巨大磁気抵抗効果素子２６、２７のピン止め磁性層ｃの磁化の向きは、互いに１８０゜反対方向に向けられている。
【００２５】
図４は基板Ｋ上に具体的に各層を堆積して巨大磁気抵抗効果素子２６を形成した場合の詳細構造の一例を示す。
この例の巨大磁気抵抗効果素子２６は、基板Ｋ上に下から順に交換バイアス層（反強磁性体層）ｄとピン止め磁性層ｃと副強磁性体層ｍと非磁性層ｂと副強磁性体層ｎとフリー磁性層ａを積層して断面等脚台形状に形成され、これら積層体の側面側に各層に接するように導体Ｅ１、Ｅ２が接続されている。これらの導体Ｅ１、Ｅ２が巨大磁気抵抗効果素子どうしを電気的に接続する導体となる。なお、図４に示す断面構造において各積層体の端部と導体Ｅ１、Ｅ２との接合部分にフリー磁性層ａを単磁区化するためのバイアス層を適宜設けて構成しても良い。
【００２６】
この図４の構造において副強磁性層ｍとｎは磁気抵抗効果をより効率良く発揮させるために設けられるＣｏやＣｏ合金等の強磁性体からなる層であるが、これらは省略しても差し支えない層である。また、交換バイアス層ｄとピン止め磁性層ｃと副強磁性体層ｍと非磁性層ｂと副強磁性体層ｎとフリー磁性層ａの積層順序はこの例の逆の順序でも差し支えない。
【００２７】
なお、より具体的な巨大磁気抵抗効果素子の積層構造として、α−Ｆｅ２Ｏ３層（交換バイアス層）／ＮｉＦｅ層（ピン止め磁性層）／Ｃｏ層（副強磁性体層）／Ｃｕ層（非磁性層）／Ｃｏ層（副強磁性体層）／ＮｉＦｅ層（フリー磁性層）を例示することができる。また、必要に応じてα−Ｆｅ２Ｏ３層の下に電流シャント層としてＡｌ２Ｏ３層を設けても良い。更に、以上の構造の外に、α−Ｆｅ２Ｏ３層／Ｃｏ層／Ｃｕ層／Ｃｏ層／ＮｉＦｅ層／Ｃｏ層／Ｃｕ層／Ｃｏ層／α−Ｆｅ２Ｏ３層の積層構造の巨大磁気抵抗効果素子を例示することもできる。更に、交換バイアス層は、それに隣接するピン止め磁性層の磁化の向きをピン止めできるものであれば、公知のもののいずれを用いても良いので、α−Ｆｅ２Ｏ３層の外に、ＦｅＭｎ層、ＮｉＭｎ層、ＮｉＯ層、ＩｒＭｎ層、ＣｒＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＭｎＲｈＲｕ、ＰｔＭｎ等を用いても良い。
【００２８】
図１〜図４に示す構造を有するポテンショメータＭ１において回転軸８０が回転された場合、入力側の端子部２６Ａから回路に電圧を印加しておき、出力側の端子部２８Ａと端子部２７Ａとの間の電圧を測定するならば、一対の巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の電気抵抗が磁界の作用によって変化して抵抗変化に応じて生じる中点電圧変化を計測することができる。そして、この電圧変化は回転軸８０の回転角度に応じて正弦波を描くので、この正弦波から逆に回転軸８０の回転角度を検出してポテンショメータとして使用することができる。
また、巨大磁気抵抗効果素子２６、２７を用いているので、大きな抵抗変化を検出用として利用できる結果、大きな正弦波出力を得ることができる。
更に、図１に示すように巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の間の中間位置と磁気コード部材８３の中心軸Ｏの位置を位置合わせしてポテンショメータＭ１を構成しておくならば、得られる正弦波出力を振幅と周期が一定の整った正弦波出力とすることができるので出力信号解析を正確に行い易くなる。
【００２９】
図５Ａは第２実施形態のポテンショメータに用いる巨大磁気抵抗効果素子の回路構成を示すもので、この形態の回路構成では、巨大磁気抵抗効果素子８８、８９が先の実施形態の場合と同様に図２に示す基板Ｋ上に設けられているが、それらの配置構造が一部異なる。
巨大磁気抵抗効果素子８８の他端８８ｂに入力側の端子部９０が接続され、一端８８ａに導体９１によって巨大磁気抵抗効果素子８９の一端８９ａが接続されるとともに、導体９１に出力側の端子部９２が接続され、巨大磁気抵抗効果素子８９の他端８９ｂにアース側の端子部９３が接続されている。また、この例では巨大磁気抵抗効果素子８８、８９が基板Ｋ上において導体９１を介して平面視７の字状になるように配置されている。
【００３０】
また、巨大磁気抵抗効果素子８８のピン止め磁性層ｃの磁化の向きは図５Ａの左向き、巨大磁気抵抗効果素子８９のピン止め磁性層ｃの磁化の向きは図５Ａの右向きとされているので、個々の巨大磁気抵抗効果素子８８、８９の磁化の向きは先の第１実施形態の巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の場合と逆であるが、対になる巨大磁気抵抗効果素子８８、８９のピン止め磁性層ｃの磁化の向きが１８０゜反対向きである点は同等なので、ポテンショメータとして第１実施形態の構造と同じように回転軸８０の回転に応じて正弦波出力を得ることができる。
従って、図５Ａに示す回路構造によっても先の第２実施形態の場合と同様にポテンショメータとしての効果を得ることができる。
【００３１】
更に図５Ｂは図５Ａに示す回路の変形例を示すもので、この例の如く巨大磁気抵抗効果素子８８、８９を左右対向位置に設けて巨大磁気抵抗効果素子８８の一端８８ａと巨大磁気抵抗効果素子８９の一端８９ａを導体９４で接続し、この導体９４に出力側の端子部９２を設け、巨大磁気抵抗効果素子８８の他端側に端子部９０を巨大磁気抵抗効果素子８９の他端側に端子部９３を設けて巨大磁気抵抗効果素子８８、８９をコ字状に配置して構成しても良い。
更にこの構成において、磁気コード部材８３０の中心の両側に磁極を配置するのではなく、円盤状の磁気コード部材８３の一面の弦８４０を境界としてＮ極とＳ極を配置した構造を採用しても良い。この場合、両磁極の境界となる図５Ｂに示す弦８４０が磁気コード部材８３の回転中の規定の位置において、巨大磁気抵抗効果素子８８、８９の中間位置を通過するように構成すれば良い。
【００３２】
以上のように構成する場合、得られる出力は、周期と振幅がそれぞれ一定の正確な正弦波出力ではなく、周期に応じて振幅の異なるカーブから構成される合成波出力が得られるが、この合成波出力からでも磁気コード部材８３の回転位置の特定はできるので、ポテンショメータとして使用することができるのは勿論である。
【００３３】
図６は本発明の第３実施形態のポテンショメータに用いる巨大磁気抵抗効果素子の回路構造を示すもので、巨大磁気抵抗効果素子９５の一端９５ａに入力側の端子部９５Ａを接続し、他端９５ｂに抵抗９７を接続し、抵抗９７の他端にアース側の端子部９７Ａを設け、巨大磁気抵抗効果素子９６の他端９６ｂに入力側の端子部９６Ａを接続し、一端９６ａに抵抗９８を接続し、抵抗９８の他端にアース側の端子部９８Ａを設け、巨大磁気抵抗効果素子９５と抵抗９７の中点を増幅器９９に接続し、巨大磁気抵抗効果素子９６と抵抗９８の中点を増幅器９９に接続して構成し、中点出力の差動増幅ができるように構成したものである。
【００３４】
図６に示す回路構造を図２に示す基板Ｋに設けてポテンショメータを構成するとともに、端子部９７Ａ、９５Ａと端子部９６Ａ、９８Ａにそれぞれ電圧を印加することで増幅器９９から回転軸８０の回転角度に応じた正弦波出力の増幅信号を得ることでポテンショメータとして作動させることができ、先の第１実施形態の場合と同様に回転軸８０の回転に伴う正弦波出力を得ることができる。また、この形態では増幅器９９で出力を増幅できるので、先の第１実施形態の場合よりも大きな出力を得ることができる。
【００３５】
図７は本発明の第４実施形態のポテンショメータに用いられる巨大磁気抵抗効果素子の回路図、図８は同回路の基本概念を示す概略構成図、図９は同巨大磁気抵抗効果素子を実際の基板Ｋ４上に形成してなる構造の一例を示す平面図である。 第４実施形態のポテンショメータに備えられる基板Ｋ４には、図７において左上側に配置された第１の巨大磁気抵抗効果素子３１と、同図の左下側に配置された第２の巨大磁気抵抗効果素子３２と、同図の右上側に配置された第３の巨大磁気抵抗効果素子３３と、同図の右下側に配置された第４の巨大磁気抵抗効果素子３４とを具備して構成されている。
また、これらの巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４はいずれも後述する如く薄膜の積層体からなり、線状の細長い形状とされ、第１と第２の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２は図７に示す第１の直線Ｌ１に沿って配置されるとともに、第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子３３、３４は、前記第１の直線Ｌ１に離間して平行に設けられた第２の直線Ｌ２に沿って配置されている。
【００３６】
更に、前記第１と第３の巨大磁気抵抗効果素子３１、３３が左右に対向する位置に、前記第２と第４の巨大磁気抵抗効果素子３２、３４が左右に対向する位置にそれぞれ配置されている。
なお、この実施形態においては第１、第２の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２が同一直線上に、第３、第４の巨大磁気抵抗効果素子３３、３４が同一直線上にそれぞれ配置されているが、これらは平行関係を保ったままで横方向に多少位置ずれしていても良く、個々に多少傾斜していても良い。
【００３７】
図８は本実施形態の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４の積層構造と、それら各層の磁化の向きを明らかにするためのもので、巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４はいずれも同等の構造とされ、基本的には図８に示すように強磁性層（フリー磁性層）ａと非磁性層ｂと強磁性層（ピン止め磁性層）ｃと交換バイアス層（反強磁性体層）ｄを積層して構成されている。
図８に示す積層構造において、第１の巨大磁気抵抗効果素子３１において交換バイアス層ｄとピン止め層ｃの磁化の向きが矢印ｅに示すように右向きに、第２の巨大磁気抵抗効果素子３２において交換バイアス層ｄとピン止め層ｃの磁化の向きが矢印ｆに示すように右向きに設定されている。
【００３８】
前記第３の巨大磁気抵抗効果素子３３において交換バイアス層ｄとピン止め層ｃの磁化の向きが矢印ｇに示すように左向きに、第４の巨大磁気抵抗効果素子３４において交換バイアス層ｄとピン止め層ｃの磁化の向きが矢印ｈに示すように左向きに設定されている。従って、第１と第２の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２のピン止め磁性層ｃの磁化の向きは互いに平行であり、第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子３３、３４のピン止め磁性層ｃの磁化の向きは互いに平行にされているとともに、第１と第２の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２のピン止め磁性層ｃの磁化の向きと、第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子３３、３４のピン止め磁性層ｃの磁化の向きは、互いに１８０゜反対方向に向けられている。
【００３９】
前記の第１と第２と第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４のフリー磁性層ａの磁化の向きは、外部磁界が作用しない状態においては不特定の方向に向けられている。
【００４０】
次に、前記第１の巨大磁気抵抗効果素子３１の一側３１ａと第４の巨大磁気抵抗効果素子３４の一側３４ａとが導体４２で接続され、この導体４２が接続部とされ、導体４２からなる接続部に出力側の端子部４３が接続されるとともに、第２の巨大磁気抵抗効果素子３２の一側３２ａと第３の巨大磁気抵抗効果素子３３の一側３３ａとが導体４５で接続され、この導体４５が接続部とされ、この導体４５に出力側の端子部４６が接続されている。更に、第１の巨大磁気抵抗効果素子３１の他側３１ｂと第３の巨大磁気抵抗効果素子３３の他側３３ｂとが導体４０で接続され、この導体４０が接続部とされ、この導体４０に入力側の端子部４１が接続されるとともに、第２の巨大磁気抵抗効果素子３２の他側３２ｂと第４の巨大磁気抵抗効果素子３４の他側３４ｂが導体４７で接続され、この導体４７が接続部とされ、この導体４７に入力側の端子部４８が接続されている。
【００４１】
従って、第１の巨大磁気抵抗効果素子３１と第４の巨大磁気抵抗効果素子３４とが直列接続されて第１の接続対Ｐ１が構成され、第２の巨大磁気抵抗効果素子３２と第３の巨大磁気抵抗効果素子３３とが直列接続されて第２の接続対Ｐ２が構成されている。
【００４２】
図９は、図７と図８に示す基本構造の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４と、導体４０、４２、４５、４７と端子部４１、４３、４６、４８を実際に基板Ｋ４の上に積層してなる構造の一例を示す。
この例の構造において、前記基板Ｋ４はＳｉ基板等の非磁性の材料からなり、基板上面に平坦化あるいは絶縁性向上等の目的でＡｌ２Ｏ３等からなる下地膜を被覆したものなどが好適に用いられる。
【００４３】
前記基板Ｋ４上に基本的に図８に示す積層構造を有し、図７に示すように直線Ｌ１とＬ２に沿うように配置された線状の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４が形成され、それらを接続するＣｒ、Ｃｕ等の導電性金属材料からなる導体４０、４２、４５、４７が形成され、基板Ｋのコーナ部分側に位置するように端子部４１、４３、４６、４８が形成されている。この形態の巨大磁気抵抗効果素子３１の詳細断面構造は先に図４を基に説明した巨大磁気抵抗効果素子２６の構造と同等とされている。
【００４４】
図７と図８に示すに対して回転軸８０の回転によって外部磁界Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４が作用すると、これらの磁界Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４に合わせて巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４の各フリー磁性層ａの磁化の向きが回転する結果、その回転角度に応じて電気抵抗変化を生じる。
この電気抵抗変化を測定するには、端子部４１と端子部４８を入力側と見て所定の電圧を印加し、端子部４３、４６を出力側と見て抵抗変化に伴う電圧測定を行うことで実現できる。
【００４５】
図１０は、前記構造のポテンショメータにおいて、ピン止め磁性層ｃの磁化の向きをｅとして一方向（右向き）に固定した場合に、フリー磁性層ａの磁化の回転に応じた抵抗変化特性を示すもので、抵抗変化は、ピン止め磁性層ｃの磁化の向きｅとフリー磁性層ａの磁化の向きｋが同方向の際に最小値を示し、反平行の場合に最大値を示し、その間の変化は図１０に示す正弦波を示す。
これは、本実施例のように、飽和磁界以上が加わっている場合、巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４の抵抗値は磁界強度に関係なく、ピン止め磁性層ｃとフリー磁性層ａの磁化の向きがなす角によって一定の値となり、この値は逆向きとなった場合に最大値をとり、更にその値は斜めになるに従って小さくなり、同方向で最小値をとるという特性に起因する。
【００４６】
従って、抵抗変化の中間点を原点とみなすと、抵抗変化の極性（増加する方向を＋、減少する方向を−とする。）はピン止め磁性層ｄの磁化の向きが同じにされた巨大磁気抵抗効果素子３１、３２どうしでは同極性であり、巨大磁気抵抗効果素子３３、３４どうしでは同極性であるが、巨大磁気抵抗効果素子３１と巨大磁気抵抗効果素子３３では逆極性に、巨大磁気抵抗効果素子３２と巨大磁気抵抗効果素子３４では逆極性になるので、図７と図８に示す接続構造で巨大磁気抵抗効果素子のホイートストーンブリッジが構成されたことなりポテンショメータとして有効に作動する。また、この形態の構造においては、巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４によってホイートストーンブリッジを構成したので、先の例のように２つの巨大磁気抵抗効果素子を設けた場合に比べて出力の増大（抵抗変化率の増大）、磁界環境変化による磁気的ノイズ成分の打消効果（地磁気の方向や磁気的ノイズ成分等による巨大磁気抵抗効果素子毎の雑音成分の除去）を得ることができる。
【００４７】
図１１、図１２は本発明に係るポテンショメータ用の巨大磁気抵抗効果素子の構成を示すもので、この形態の構成において先の図７と図９に示す構造と同じ構造には同一符号を付してそれらの説明を省略する。
この接続構造の巨大磁気抵抗効果素子を備えたポテンショメータにおいても先の形態のポテンショメータと同様に、基板Ｋ５上に巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４が設けられており、それらのピン止め磁性層の磁化の向きも同等とされているが、導体による接続構造が一部のみ異なっている。
【００４８】
第１の巨大磁気抵抗効果素子３１の他端３１ｂが、図７と図９の構造の場合と同様に導体４０によって第３の巨大磁気抵抗効果素子３３の他端３３ｂに接続され、巨大磁気抵抗効果素子３１の一端３１ｂが図７と図９の構造と同様に導体４２によって第４の巨大磁気抵抗効果素子３４の一端３４ａに接続されている。また、第２の巨大磁気抵抗効果素子３２の一端３２ａは導体６０によって第４の巨大磁気抵抗効果素子３４の他端３４ｂに接続され、第２の巨大磁気抵抗効果素子３２の他端３２ｂは導体６１によって第３の巨大磁気抵抗効果素子３３の一端３３ａに接続されている。また、導体６０の一部を基板Ｋ５のコーナ部分に延長して入力用の端子部（アース側）６２が形成されるとともに、導体６１の途中部分において基板Ｋ５のコーナ部分に位置する箇所に出力用の端子部６３が形成されている。
【００４９】
図１１と図１２に示す巨大磁気抵抗効果素子の接続構造を用いたポテンショメータにおいても巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４によってホイートストンブリッジが構成されているので、先の実施形態の構造と同様に回転軸８０の回転角に応じて正弦波出力を得ることができ、ポテンショメータとして使用することができる。
【００５０】
次に、図１２に示す構造の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４の各々のピン止め磁性層ｃの磁化のピン止め方法について以下に説明する。
図１２に示す構造の基板Ｋ５を製造するには、Ｓｉ基板等の基板上に必要な膜を積層し、必要に応じて膜の積層工程に合わせて適宜フォトリソ工程を行い、パターニングを施して製造することができる。
【００５１】
まず、基板上に目的とする巨大磁気抵抗効果素子の積層構造に合わせて必要な薄膜を積層する。巨大磁気抵抗効果素子が５層構造の場合は５層の薄膜を積層し６層構造の場合は６層の薄膜を積層し７層構造の場合は７層の薄膜を積層する。次にこれら積層膜の上にレジストを塗布してフォトリソ工程を施し、必要部分のみを線状の巨大磁気抵抗効果素子として残す。
次に これら巨大磁気抵抗効果素子の上にレジストを形成してから電極膜を形成し、続いて電極膜をフォトリソ工程で所望の形状に加工して図１２に示すように導体を形成し、続いて後述するように磁界印加を行うならば図１２に示す回路を備えた基板Ｋ５を製造することができる。
【００５２】
磁界印加処理を行う場合、一例として図１３、図１４に示す製造装置Ｚを用いる。この例の製造装置Ｚは、ポテンショメータ用の基板Ｋ５を嵌め込み設置可能な幅の凹部７０を備えた基台７１と、この凹部７０の底面部に設置されたループ型の導体７２と、導体７２に接続された電源７３を主体として構成されている。前記導体７２は、直線状の第１の導体７５と、この第１の導体７５に平行な直線状の第２の導体７６と、これら第１の導体７５と第２の導体７６を連結する接続導体７７とからループ状に構成されている。
【００５３】
そして、基板Ｋを凹部７０に嵌め込み挿入した場合に図１４に示すように第１の導体７５の上方に巨大磁気抵抗効果素子３１、３２が位置し、第２の導体７６の上方に巨大磁気抵抗効果素子３３、３４が位置するように形成されている。また、電源７３は第１の導体７５側から第２の導体７６側に流れる直流電流を印加できるものである。
【００５４】
図１３と図１４に示すように基板Ｋ５を凹部７０に嵌め込み挿入した後、電源から直流電流を流すと、導体７５を流れる電流により図１４に示す導体７５を中心とする時計回りの磁界が生じるとともに導体７６を流れる電流により導体７６を中心とする反時計回りの磁界が生じるので、第１と第２の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２の交換バイアス層ｄを図１３の矢印ｅ、ｆに示す方向に、第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子３３Ａと３４Ａの交換バイアス層ｄを図１３の矢印ｇ、ｈに示す方向にそれぞれ着磁することができ、各交換バイアス層ｄの交換結合力によってそれらに隣接するピン止め磁性層ｃの磁化の向きを各々の方向（ｅ方向、ｆ方向、ｇ方向、ｈ方向）にピン止めすることができる。着磁した後で導体７７に流れる電流を停止すると、交換バイアス層ｄの着磁状態はそのまま保持されるので、各ピン止め磁性層ｃの磁化の向きもピン止めされたまま維持される。以上の工程を経ることにより、各ピン止め磁性層の磁化の向きを図１３に示すように制御したポテンショメータ用の基板Ｋ５を得ることができる。
【００５５】
前記第１の導体７５と第２の導体７６に電流を流して磁界を発生させる場合、両導体に流れる電流が時間的に１００μｓｅｃでもずれて作用すると、第１、第２の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２の交換バイアス層ｄの着磁状態と、第３、第４の巨大磁気抵抗効果素子３３、３４の交換バイアス層ｄの着磁状態が同一状態でなされないおそれがあるので、第１の導体７５と第２の導体７６を同一電源に接続して磁界印加の時間ずれをできる限り無くした状態で磁界発生させることが重要である。
ただし、磁界印加の時間ずれを無くすることができように２つの電源の同期をとって着磁できるならば、複数の電源に接続して別々の電源から第１の導体７５と第２の導体７６に電流を流しても差し支えない。
【００５６】
なお、交換バイアス層ｄをα−Ｆｅ２Ｏ３層、ＮｉＯ層、ＩｒＭｎ層、ＣｒＰｔＭｎから構成した場合はこのような磁界印加手段で瞬時に着磁できるが、交換バイアス層ｄの構成材料としてＮｉＭｎ層、ＰｄＰｔＭｎ層、ＭｎＲｈＲｕ層、ＰｔＭｎ層を選択した場合はブロッキング温度以上の温度に加熱後、先に述べたごとく着磁する必要があるので着磁作業が繁雑になるが、本発明に適用できるのは勿論である。
【００５７】
図１５は本発明に係るポテンショメータ用の基板の他の形態を示すもので、この形態の基板Ｋ６は、基本的な構造については図１２に示す基板Ｋ５と同等であるが、異なっているのは、第１の巨大磁気抵抗効果素子３１Ｂが第１番目の直線Ｔ１に沿って、第２の巨大磁気抵抗効果素子３２Ｂが第２番目の直線Ｔ２に沿ってそれぞれ設けられている点と、第３の巨大磁気抵抗効果素子３３Ｂが第３番目の直線Ｔ３に沿って、第４の巨大磁気抵抗効果素子３４Ｂが第４番目の直線Ｔ４に沿ってそれぞれ設けられている点が異なる。第１番目、第２番目、第３番目、第４番目の直線Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４はいずれも平行であり、直線Ｔ１とＴ２が隣接配置され、直線Ｔ３とＴ４が隣接配置されている。
【００５８】
その他の構造は先に図１２に記載の基板Ｋ５と同等であり、この形態の基板Ｋ６を搭載したポテンショメータにおいても先の実施形態のポテンショメータと同等の効果を得ることができる。
また、基板Ｋ６を製造する際に用いる製造装置として図１３、図１４に示すものをそのまま用いることはできないので、第１の導体７５を第１の巨大磁気抵抗効果素子３１Ｂの位置と第２の巨大磁気抵抗効果素子３２Ｂの位置に合うように折り曲げ変形させ、第２の導体７６を第３の巨大磁気抵抗効果素子３３Ｂの位置と第４の巨大磁気抵抗効果素子３４Ｂの位置に合うように折り曲げ変形させて用いれば良い。
【００５９】
具体的には、第１の導体７５において電源７３に近い側の直線部分と電源７３から離れた側の直線部分の間（第１の巨大磁気抵抗効果素子３１Ｂと第２の巨大磁気抵抗効果素子３２Ｂとの間の部分の下方）に折曲部を形成し、第１の巨大磁気抵抗効果素子３２Ｂと第２の巨大磁気抵抗効果素子３３Ｂのいずれにも位置合わせできるように構成すると良い。また、第２の導体７６に対しても第１の導体７５の場合と同様に、第３の巨大磁気抵抗効果素子３３Ｂと第４の巨大磁気抵抗効果素子３４Ｂとの間の部分の下方に折曲部を設けて第２の導体７６１本で第３、第４の巨大磁気抵抗効果素子３３Ｂ、３４Ｂに位置合わせできるように構成すると良い。
【００６０】
以上説明した各実施形態のように、４つの巨大磁気抵抗効果素子によってブリッジ回路を構成することを想定すると、第１と第２の巨大磁気抵抗効果素子を同一直線上に配置し、第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子を同一直線上に配置することが望ましいが、図１５に示す形態のように多少位置ずれした状態で巨大磁気抵抗効果素子を配置しても差し支えない。また、巨大磁気抵抗効果素子をいずれも完全平行に配置する必要はなく、ブリッジ回路を構成する場合に位相の異なる抵抗を検出することに支障にならない程度傾斜させて配置しても良いのは勿論である。
【００６１】
【実施例】
縦３．６ｍｍ×横３．６ｍｍのサイズの厚さ０．５ｍｍのＳｉ基板上に、幅０．０５ｍｍ、長さ１．７５ｍｍの４つの線状の巨大磁気抵抗効果素子を図１２に示す位置に相互に平行位置に形成して基本構造の基板を形成した。
基板上の各巨大磁気抵抗効果素子は、Ａｌ２Ｏ３層（１０００Å厚）／α−Ｆｅ２Ｏ３層（１０００Å厚）／ＮｉＦｅ層（３０Å厚）／Ｃｏ層（１０Å厚）／Ｃｕ層（２２Å厚）／Ｃｏ層（１０Å厚）／ＮｉＦｅ層（７７Å厚）／Ｔａ（３０Å厚）の８層からなる積層構造とした。各巨大磁気抵抗効果素子の端部どうしを接続する導体はＣｒ膜から形成し、図１２に示す導体接続形状とした。
【００６２】
次に、図１３と図１４に示す装置に基板をセットし、太さ０．８〜０．９ｍｍの銅線からなる第１の導体と第２の導体に１００μｓｅｃの時間、３５００Ａの直流電流を同一電源から流して交換バイアス層の着磁を行ない、巨大磁気抵抗効果素子を得た。
【００６３】
この基板を図２に示す構造のポテンショメータに組み込み、基板の表面側に１１ｍｍのギャップを介して円盤状の磁気コード部材を配置し、磁気コード部材の中心軸位置と基板上の４つの巨大磁気抵抗効果素子の中心位置を位置合わせして基板を固定し、基板の入力側の端子部に５Ｖの電圧を印加し、出力側の端子部で電圧を測定し、磁気コード部材をその周回りに回転させたところ、図１６に示す電圧変化出力カーブを得ることができ、ポテンショメータとして使用可能であることを確認することができた。
これに対し、図２に示す基板の代わりに、ＧａＡｓ系の半導体を用いたホール素子を用いたポテンショメータを用いて同様な実験を行ったところ、図１６の鎖線に示す最大振幅５０ｍＶの出力を得ることができた。
これらの比較から、本発明に係る実施例のポテンショメータでは２００ｍＶの電圧差を有する正弦波を得ることができ、ホール素子を用いたポテンショメータよりも４倍程度大きな電圧変化を得ることができ、感度を向上できることが判明した。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のポテンショメータは、ピン止め磁性層の磁化の向きを１８０゜反対向きとした少なくとも一対の巨大磁気抵抗効果素子を基板上に設け、これら巨大磁気抵抗効果素子に対向させて磁極を有する磁気コード部材を回転自在に配置したので、磁気コード部材の回転角に応じて一対の巨大磁気抵抗効果素子の中点の電圧変化を測定することで磁気コード部材の回転状態を検出することができ、ポテンショメータとして使用することができる。
そして、巨大磁気抵抗効果素子を用いた構造であるので、大きな抵抗変化を得ることができる。
更に、対になる巨大磁気抵抗効果素子の間の中心位置と磁気コード部材の回転軸位置を揃えることで正確な正弦波出力を得ることができ、得られた出力波データの解析が容易になる特徴を有する。
【００６５】
また、４つの巨大磁気抵抗効果素子によってホイートストンブリッジを構成したものにあっては、電圧変化の出力の増大化、環境ノイズ磁界が作用した場合のノイズ磁界の打消が容易にでき、正確な回転角度検出ができるポテンショメータを提供することができる。
更に、第１の直線に沿って第１と第２の巨大磁気抵抗効果素子を配置し、第２の直線に沿って第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子を配置し、それらを相互接続してホイートストンブリッジとした構成にあっては、出力の増大化、環境ノイズ磁界が作用した場合のノイズ磁界の打消が容易にでき、正確な回転角度検出ができるポテンショメータを提供することができると同時に、
第１と第２の巨大磁気抵抗効果素子の交換バイアス層の着磁を同一方向にまとめて同一磁界で着磁することができ、第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子の交換バイアス層の着磁を同一方向にまとめて同一磁界で着磁して製造できるので、
４つ別々な方向に着磁する必要のあった従来構造よりも格段に着磁作業を容易にすることができる効果がある。従って巨大磁気抵抗効果素子をブリッジ接続した構造を具備するポテンショメータであっても、生産性の良好なものを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポテンショメータに備えられる巨大磁気抵抗効果素子の接続構造を示す回路図。
【図２】図１に示す巨大磁気抵抗効果素子が形成された基板を備えた第１実施形態のポテンショメータの断面図。
【図３】図１に示す巨大磁気抵抗効果素子の基本構造と接続状態を示す構成図。
【図４】図３に基本構造を示すポテンショメータに適用された巨大磁気抵抗効果素子の積層構造と導体の接続部分を示す断面図。
【図５】図５Ａは本発明に係るポテンショメータに備えられる巨大磁気抵抗効果素子の接続構造の第２の例を示す回路図、図５Ｂは第２の例の変形例を示す回路図。
【図６】本発明に係るポテンショメータに備えられる巨大磁気抵抗効果素子の接続構造の第３の例を示す回路図。
【図７】本発明に係るポテンショメータに備えられる巨大磁気抵抗効果素子の接続構造の第４の例を示す回路図。
【図８】図７に示す巨大磁気抵抗効果素子の基本構造とそれらの接続状態を示す概略構成図。
【図９】図７と図８に示す巨大磁気抵抗効果素子の接続構造を基板上に形成した一例を示す平面図。
【図１０】図７と図８に示す巨大磁気抵抗効果素子の接続構造において得られる正弦波出力を示す図。
【図１１】本発明に係るポテンショメータに備えられる巨大磁気抵抗効果素子の接続構造の第５の例を示す回路図。
【図１２】図１１に示す巨大磁気抵抗効果素子の接続構造を基板上に形成した一例を示す平面図。
【図１３】図１１に示す巨大磁気抵抗効果素子を製造装置により着磁している状態を示す図。
【図１４】同状態の側面図。
【図１５】本発明に係るポテンショメータに備えられる巨大磁気抵抗効果素子の接続構造の第６の例を示す図。
【図１６】実施例のポテンショメータで得られた出力測定結果を示す図。
【図１７】従来の磁界センサの一例を示す概略構成図。
【図１８】図１７に示す磁界センサに備えられている巨大磁気抵抗効果素子のピン止め磁性層の磁化の向きとフリー磁性層の磁化の向きの関係を示す図。
【符号の説明】
ａ・・・強磁性層（フリー磁性層）、ｂ・・・非磁性層、ｃ・・・強磁性層（ピン止め磁性層）、ｄ・・・交換バイアス層（反強磁性体層）、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ・・・磁化の向き、Ｋ、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６・・・基体（基板）、Ｌ１・・・第１の直線、Ｌ２・・・第２の直線、Ｏ・・・中心軸、２６、２７、８８、８９・・・巨大磁気抵抗効果素子、Ｍ１・・・ポテンショメータ、３１・・・第１の巨大磁気抵抗効果素子、３１ａ・・・一端、
３１ｂ・・・他端、３２・・・第２の巨大磁気抵抗効果素子、３２ａ・・・一端、
３２ｂ・・・他端、３３・・・第３の巨大磁気抵抗効果素子、３３ａ・・・一端、
３３ｂ・・・他端、３４・・・第４の巨大磁気抵抗効果素子、３４ａ・・・一端、
３４ｂ・・・他端、４０、４２、４５、４７・・・導体、２６Ａ、２７Ａ、２８Ａ、４１、４３、４６、４８、６１、６２、９０、９２、９３・・・端子部、８３・・・磁気コード部材。
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部磁界の変化に応じて大きな抵抗変化を示す巨大磁気抵抗効果素子を備えたポテンショメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、巨大磁気抵抗効果素子を用いた磁界センサとして、特開平８−２２６９６０号公報に開示の如く、４つの巨大磁気抵抗効果素子をブリッジ接続してなる構成のものが知られている。
この公報に開示された磁界センサＡは、図１７に示すように、離間して配置された巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４を備え、巨大磁気抵抗効果素子１、２を導線５で接続し、巨大磁気抵抗効果素子１、３を導線６で接続し、巨大磁気抵抗効果素子３、４を導線７で接続し、巨大磁気抵抗効果素子２、４を導線８で接続し、導線６に入力端子１０を導線８に入力端子１１を各々接続して設け、導線５に出力端子１２を導線７に出力端子１３を接続して構成されている。
【０００３】
また、巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４は、それぞれ非磁性層１５の上下に強磁性層１６、１７を設けたサンドイッチ構造とされ、一方の強磁性層（ピン止め磁性層）１６上に反強磁性体層などの交換バイアス層１８が設けられ、この交換バイアス層１８による交換結合を生じさせて強磁性層１６の磁化の向きを一方向にピン止めして構成されている。また、他方の強磁性層（フリー磁性層）１７の磁化の向きは外部磁界の向きに応じて回転自在、例えば、強磁性層１７を含む水平面に沿って回転自在にされている。
【０００４】
更に、図１７に示す構造の磁界センサＡにあっては、巨大磁気抵抗効果素子１のピン止め磁性層１６の磁化の向きが図１７の矢印２０に示すように手前側向きとされ、巨大磁気抵抗効果素子２のピン止め磁性層１６の磁化の向きが矢印２１に示すように奥向きとされ、巨大磁気抵抗効果素子３のピン止め磁性層１６の磁化の向きが矢印２３に示すように奥向きとされ、巨大磁気抵抗効果素子４のピン止め磁性層１６の磁化の向きが手前側向きとされている。また、巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４のフリー磁性層１７の磁化の向きは外部磁界が作用しない状態においてそれぞれ図１７の矢印２４に示すように右向きとされている。
【０００５】
図１７に示す磁界センサＡにおいて外部磁界Ｈが作用すると、外部磁界Ｈに合わせて、例えば第１、第４の巨大磁気抵抗効果素子１、４においてフリー磁性層１７の磁化の向き２４が図１８に示すように所定の角度ｄだけ回転するので、ピン止め磁性層１６の磁化の向き２０との角度関係が変わる結果、抵抗変化が生じる。また、第１と第４の巨大磁気抵抗効果素子１、４のピン止め磁性層１６の磁化の向きと、第２、第３の巨大磁気抵抗効果素子２、３のピン止め磁性層１６の磁化の向きが１８０゜反対であるため、位相の異なる抵抗変化を得ることができる。
【０００６】
図１７に示すブリッジ接続型の磁界センサＡにあって、これらの磁化の向きを各矢印に示すように規定しているのは、外部磁界Ｈに感応してフリー磁性層１７の磁化の向きが変化した場合に、巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４から差動出力を得る必要があるので、図１７の上下左右に位置する巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４において隣り合う隣接するものどうしで１８０゜方向が異なる反平行向きに磁化の向きをピン止めする必要があるためである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１７に示す構造を実現するためには、基板上に巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４を隣接させて形成し、隣接する巨大磁気抵抗効果素子のピン止め磁性層１６の磁化の向きをそれぞれ１８０゜異なる方向に固定しなくてはならない。
【０００８】
また、この種のピン止め磁性層１６の磁化の向きを制御するために交換バイアス層１８の格子磁化を調整するには、強磁性が消失するブロッキング温度と呼ばれる温度以上に加熱した状態で交換バイアス層１８に所定の向きの磁界を印加しておき、この磁界を印加したままで冷却する熱処理を行わなくてはならない。
ところが、図１７に示す構造においては、巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４毎に交換バイアス層１８の磁化の向きを１８０゜変えなくてはならないので、基板上に隣接状態で形成されている巨大磁気抵抗効果素子毎に磁界の向きを制御しなくてはならないことになり、単に外部から電磁石等の磁場発生装置で磁界を印加する方法では、磁界を１方向にしか印加できないので、図１７に示す構造を製造することが困難な問題があった。
【０００９】
このため、特開平８−２２６９６０号公報に開示の技術によれば、基板上に隣接状態で形成される巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４に沿ってそれぞれ導体層を積層し、これらの導体層の各々に異なる向きの電流を流して各導体層から個別に向きの異なる磁界を発生させながら前述の熱処理を行うことによって図１７に示す構造を実現できると記載されている。ところが、交換バイアス層１８の格子磁化を制御するために導体膜に大きな電流を印加して大きな磁界を発生させたくとも、基板上に巨大磁気抵抗効果素子とともに積層した薄膜状の導体膜に大きな電流を流すことは難しく、導体膜から発生できる磁界では強い磁界を印加して効率良く処理することができない問題がある。更に、基板上に隣接状態で設けられている巨大磁気抵抗効果素子１、２、３、４に複数の導体膜から別々の向きの磁界が作用することになるので、個々の巨大磁気抵抗効果素子の交換バイアス層１８に個別に強い磁界を作用させることは極めて困難な問題があった。
【００１０】
以上のごとく図１７に示す磁界センサＡは優れた磁界センサとしての機能を有する反面、実際に基板上に成膜処理を施して磁界センサＡを製造するためには、極めて微妙な磁界印加処理と熱処理とを施す必要があり、製造が難しいので、広い用途に供するには問題を有する構造であった。
【００１１】
更に、図１７に示す構造の磁界センサＡの用途に関し、特開平８−２２６９６０号公報によれば、リニア及びロータリ符号化器、近接検出器あるいは地磁気磁力計等への示唆がなされているのみであり、磁界センサＡの構造を具体的にどのような方面の機器にどのように応用するべきかの示唆は全くなされていない。
【００１２】
一方、従来から磁気応用製品の一例としてホール素子を用いた磁気式ポテンショメータが知られており、この種のポテンショメータは磁界の変化に感応するホール素子を検出素子として用いたものであるが、この種のホール素子で得られる信号出力は極めて小さいので、大きな信号出力を得ることができる構造が望まれていた。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑み、従来の磁界センサとは異なる発想を基にして巨大磁気抵抗効果素子を利用する試みを種々行うことによりなされたもので、巨大磁気抵抗効果素子を用いた特異な構造を採用することによって磁気コード部材の回転角度を検出することができるようにするとともに、大きな出力を得ることができるポテンショメータの提供を目的とするものである。
また、本発明は、４つの巨大磁気抵抗効果素子の交換バイアス層の磁化を個々にブリッジ接続型として好ましい方向に確実に制御できるとともに、その制御が容易にできる構造を採用して製造を容易にしたポテンショメータを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、交換バイアス層と、この交換バイアス層により磁化の方向が一方向に固定されたピン止め磁性層と、非磁性層と、外部磁界によって磁化の方向が回転自在にされたフリー磁性層とを少なくとも具備する巨大磁気抵抗効果素子が一対以上備えられ、前記対になる巨大磁気抵抗効果素子が、各々のピン止め磁性層の磁化の向きを１８０゜反対向きに向けて相互に電気的に接続されて基体上に設けられるとともに、前記基体上の巨大磁気抵抗効果素子に対向状態で回転自在に磁気コード部材が設けられ、前記磁気コード部材の回転中心が前記対になる巨大磁気抵抗効果素子の中間位置を通過するように配置され、前記磁気コード部材にはその回転方向に沿って少なくとも２つの磁極が形成されてなることを特徴とする。
【００１５】
本発明において、前記対になる巨大磁気抵抗効果素子が基体上で相互に離間して設けられ、それら巨大磁気抵抗効果素子の中心位置と前記磁気コード部材の回転中心軸位置が一致されてなることを特徴とする構成でも良い。
本発明において、第１の直線に沿って第１の巨大磁気抵抗効果素子と第２の巨大磁気抵抗効果素子とが配置され、前記第１の直線に平行な第２の直線に沿って第３の巨大磁気抵抗効果素子と第４の巨大磁気抵抗効果素子とが配置されるとともに、これら４つの巨大磁気抵抗効果素子の中心位置と前記磁気コード部材の回転中心軸位置とが一致されてなることを特徴とする構成でも良い。
【００１６】
次に本発明において、前記第１と第２と第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子の内、ピン止め磁性層の磁化の向きが異なるものどうしが接続されてホイートストンブリッジが構成されてなるものでも良い。
更に本発明において、前記第１と第２と第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子の各接続部分の内、２つに入力側の端子部が残り２つに出力側の端子部が形成されてなることを特徴とする構成とすることもできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のポテンショメータの第１実施形態について図面を参照して説明する。
図１は第１実施形態のポテンショメータに備えられる巨大磁気抵抗効果素子の接続状態とそれに対向する磁気コード部材の配置関係を示す回路図、図２は第１実施形態のポテンショメータの断面構造を示す図である。
図１に示す回路おいて外部磁界に応じて電気抵抗が変化する巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の一端２６ａ、２７ａが導体２８により接続され、接続部分の導体２８に出力側の端子部２８Ａが形成され、巨大磁気抵抗効果素子２６の他端２６ｂに入力側の端子部２６Ａが、巨大磁気抵抗効果素子２７の他端２７ｂにアース側の端子部２７Ａが形成されている。換言すると、図１に示す回路構造においては、直列接続された巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の接続中間点と一方の端部に出力側の端子部が、他方の端部に入力側の端子部が各々設けられた構造とされている。
【００１８】
図１に示す回路は、実際には図２に示すポテンショメータＭ１に内蔵された基板Ｋの一面に形成されていて、基板Ｋ上で巨大磁気抵抗効果素子２６と巨大磁気抵抗効果素子２７とは所定距離離間して互いに平行に、かつ、巨大磁気抵抗効果素子２６の一端２６ａと巨大磁気抵抗効果素子２７の一端２７ａを接近させた互い違いの位置に設けられるとともに、巨大磁気抵抗効果素子２６、２７に設けられる後述のピン止め磁性層の磁化の向きｅ、ｈを互いに１８０゜異なる方向に向けて設けられている。
【００１９】
図２に示すポテンショメータＭ１は、回転軸８０と、この回転軸８０を軸回りに回転自在に支持する円盤状の軸受部材８１と、この軸受部材８１の裏面側に装着されたキャップ状のカバー部材８２と、このカバー部材８２で覆われた軸受部材８１の裏面側に設けられた磁気コード部材８３と基板（基体）Ｋとを主体として構成されている。前記軸受部材８１は例えば黄銅製の円盤状部材から、前記カバー部材８２は例えば金属板を絞り加工して得られたものから形成される。
【００２０】
前記回転軸８０は、樹脂あるいは非磁性ステンレス鋼などの非磁性体からなる棒状のもので、回転軸８０の一端部側が軸受部材８１を貫通して裏面側に突出され、その一端部に円盤状の磁気コード部材８３が回転軸８０と直角向きに取り付けられている。この磁気コード部材８３はその一面の中心軸Ｏを通過する１本の中心線８４を境界として一側（図１では左側）がＳ極に、他側（図１では右側）がＮ極にされた磁石板から構成されている。
従って磁気コード部材８３にはその周方向に沿って複数の磁極が形成されていることになる。なお、磁気コード部材８３はその周方向に２つ以上の異なる磁極が形成されていれば良いので、本実施形態のようにＳ極とＮ極の２つのみではなく、それ以上の数の磁極を設けても良い。また、回転軸８０は軟磁性材の鉄からなるものでも良いし、磁気コード部材、巨大磁気抵抗効果素子２７、２７との距離が十分に離れている場合は強磁性体からなるものでも良い。
【００２１】
軸受部材８１の裏面側にはホルダ部材８５によって支持された状態で取付基板８６が前記磁気コード部材８３と平行にギャップをあけて設けられ、この取付基板８６の磁気コード部材側の面の中央部に基板Ｋが取り付けられている。この基板Ｋの一面には、図１に示す回路図の如く巨大磁気抵抗効果素子２６、２７が形成されているが、これらは、前記磁気コード部材８３の中心線８４の中央部をそれに対向する巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の間の中間部分に位置させるように取付基板８６に固定されている。なお、図１に示すように巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の間の中央位置に収まるように磁気コード部材８３の中心線８４を対向させた場合に、磁気コード部材８３の中心軸Ｏを基準として巨大磁気抵抗効果素子２６、２７が点対称位置になるように配置されることが最も望ましい。
【００２２】
また、磁気コード部材８３と基板Ｋの間の距離（ギャップ）は、磁気コード部材８３が発生させる磁界によって巨大磁気抵抗効果素子２６、２７が飽和する領域で使用されるための距離とされるので、通常は数ｍｍ〜１０数ｍｍ程度とされる。
【００２３】
図３は本実施形態の巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の具体的な積層構造と、それら各層の磁化の向きを明らかにするためのもので、巨大磁気抵抗効果素子２６、２７はいずれも同等の構造とされ、基本的には図２に示すように強磁性層（フリー磁性層）ａと非磁性層ｂと強磁性層（ピン止め磁性層）ｃと交換バイアス層（反強磁性体層）ｄを積層して構成されている。また、巨大磁気抵抗効果素子２６、２７は平面視線状に細長く形成されていることが好ましい。従って図１に示す接続回路の場合において巨大磁気抵抗効果素子２６、２７を回路記号の波線で略記した状態において、波線の長さ方向（図１では上下方向、あるいは、図１に示す位置の中心線８４と平行な方向）に線状の巨大磁気抵抗効果素子２６、２７を配置することが好ましい。
【００２４】
図３に示す積層構造において、交換バイアス層ｄに隣接しているピン止め磁性層ｃは、交換バイアス層ｄによって磁化の向きがピン止めされている。具体的には、巨大磁気抵抗効果素子２６において交換バイアス層ｄとピン止め層ｃの磁化の向きが矢印ｅに示すように右向きに、巨大磁気抵抗効果素子２７において交換バイアス層ｄとピン止め層ｃの磁化の向きが矢印ｈに示すように左向きに設定されている。従って巨大磁気抵抗効果素子２６、２７のピン止め磁性層ｃの磁化の向きは、互いに１８０゜反対方向に向けられている。
【００２５】
図４は基板Ｋ上に具体的に各層を堆積して巨大磁気抵抗効果素子２６を形成した場合の詳細構造の一例を示す。
この例の巨大磁気抵抗効果素子２６は、基板Ｋ上に下から順に交換バイアス層（反強磁性体層）ｄとピン止め磁性層ｃと副強磁性体層ｍと非磁性層ｂと副強磁性体層ｎとフリー磁性層ａを積層して断面等脚台形状に形成され、これら積層体の側面側に各層に接するように導体Ｅ１、Ｅ２が接続されている。これらの導体Ｅ１、Ｅ２が巨大磁気抵抗効果素子どうしを電気的に接続する導体となる。なお、図４に示す断面構造において各積層体の端部と導体Ｅ１、Ｅ２との接合部分にフリー磁性層ａを単磁区化するためのバイアス層を適宜設けて構成しても良い。
【００２６】
この図４の構造において副強磁性層ｍとｎは磁気抵抗効果をより効率良く発揮させるために設けられるＣｏやＣｏ合金等の強磁性体からなる層であるが、これらは省略しても差し支えない層である。また、交換バイアス層ｄとピン止め磁性層ｃと副強磁性体層ｍと非磁性層ｂと副強磁性体層ｎとフリー磁性層ａの積層順序はこの例の逆の順序でも差し支えない。
【００２７】
なお、より具体的な巨大磁気抵抗効果素子の積層構造として、α−Ｆｅ２Ｏ３層（交換バイアス層）／ＮｉＦｅ層（ピン止め磁性層）／Ｃｏ層（副強磁性体層）／Ｃｕ層（非磁性層）／Ｃｏ層（副強磁性体層）／ＮｉＦｅ層（フリー磁性層）を例示することができる。また、必要に応じてα−Ｆｅ２Ｏ３層の下に電流シャント層としてＡｌ２Ｏ３層を設けても良い。更に、以上の構造の外に、α−Ｆｅ２Ｏ３層／Ｃｏ層／Ｃｕ層／Ｃｏ層／ＮｉＦｅ層／Ｃｏ層／Ｃｕ層／Ｃｏ層／α−Ｆｅ２Ｏ３層の積層構造の巨大磁気抵抗効果素子を例示することもできる。更に、交換バイアス層は、それに隣接するピン止め磁性層の磁化の向きをピン止めできるものであれば、公知のもののいずれを用いても良いので、α−Ｆｅ２Ｏ３層の外に、ＦｅＭｎ層、ＮｉＭｎ層、ＮｉＯ層、ＩｒＭｎ層、ＣｒＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＭｎＲｈＲｕ、ＰｔＭｎ等を用いても良い。
【００２８】
図１〜図４に示す構造を有するポテンショメータＭ１において回転軸８０が回転された場合、入力側の端子部２６Ａから回路に電圧を印加しておき、出力側の端子部２８Ａと端子部２７Ａとの間の電圧を測定するならば、一対の巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の電気抵抗が磁界の作用によって変化して抵抗変化に応じて生じる中点電圧変化を計測することができる。そして、この電圧変化は回転軸８０の回転角度に応じて正弦波を描くので、この正弦波から逆に回転軸８０の回転角度を検出してポテンショメータとして使用することができる。
また、巨大磁気抵抗効果素子２６、２７を用いているので、大きな抵抗変化を検出用として利用できる結果、大きな正弦波出力を得ることができる。
更に、図１に示すように巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の間の中間位置と磁気コード部材８３の中心軸Ｏの位置を位置合わせしてポテンショメータＭ１を構成しておくならば、得られる正弦波出力を振幅と周期が一定の整った正弦波出力とすることができるので出力信号解析を正確に行い易くなる。
【００２９】
図５Ａは第２実施形態のポテンショメータに用いる巨大磁気抵抗効果素子の回路構成を示すもので、この形態の回路構成では、巨大磁気抵抗効果素子８８、８９が先の実施形態の場合と同様に図２に示す基板Ｋ上に設けられているが、それらの配置構造が一部異なる。
巨大磁気抵抗効果素子８８の他端８８ｂに入力側の端子部９０が接続され、一端８８ａに導体９１によって巨大磁気抵抗効果素子８９の一端８９ａが接続されるとともに、導体９１に出力側の端子部９２が接続され、巨大磁気抵抗効果素子８９の他端８９ｂにアース側の端子部９３が接続されている。また、この例では巨大磁気抵抗効果素子８８、８９が基板Ｋ上において導体９１を介して平面視７の字状になるように配置されている。
【００３０】
また、巨大磁気抵抗効果素子８８のピン止め磁性層ｃの磁化の向きは図５Ａの左向き、巨大磁気抵抗効果素子８９のピン止め磁性層ｃの磁化の向きは図５Ａの右向きとされているので、個々の巨大磁気抵抗効果素子８８、８９の磁化の向きは先の第１実施形態の巨大磁気抵抗効果素子２６、２７の場合と逆であるが、対になる巨大磁気抵抗効果素子８８、８９のピン止め磁性層ｃの磁化の向きが１８０゜反対向きである点は同等なので、ポテンショメータとして第１実施形態の構造と同じように回転軸８０の回転に応じて正弦波出力を得ることができる。
従って、図５Ａに示す回路構造によっても先の第２実施形態の場合と同様にポテンショメータとしての効果を得ることができる。
【００３１】
更に図５Ｂは図５Ａに示す回路の変形例を示すもので、この例の如く巨大磁気抵抗効果素子８８、８９を左右対向位置に設けて巨大磁気抵抗効果素子８８の一端８８ａと巨大磁気抵抗効果素子８９の一端８９ａを導体９４で接続し、この導体９４に出力側の端子部９２を設け、巨大磁気抵抗効果素子８８の他端側に端子部９０を巨大磁気抵抗効果素子８９の他端側に端子部９３を設けて巨大磁気抵抗効果素子８８、８９をコ字状に配置して構成しても良い。
更にこの構成において、磁気コード部材８３０の中心の両側に磁極を配置するのではなく、円盤状の磁気コード部材８３の一面の弦８４０を境界としてＮ極とＳ極を配置した構造を採用しても良い。この場合、両磁極の境界となる図５Ｂに示す弦８４０が磁気コード部材８３の回転中の規定の位置において、巨大磁気抵抗効果素子８８、８９の中間位置を通過するように構成すれば良い。
【００３２】
以上のように構成する場合、得られる出力は、周期と振幅がそれぞれ一定の正確な正弦波出力ではなく、周期に応じて振幅の異なるカーブから構成される合成波出力が得られるが、この合成波出力からでも磁気コード部材８３の回転位置の特定はできるので、ポテンショメータとして使用することができるのは勿論である。
【００３３】
図６は本発明の第３実施形態のポテンショメータに用いる巨大磁気抵抗効果素子の回路構造を示すもので、巨大磁気抵抗効果素子９５の一端９５ａに入力側の端子部９５Ａを接続し、他端９５ｂに抵抗９７を接続し、抵抗９７の他端にアース側の端子部９７Ａを設け、巨大磁気抵抗効果素子９６の他端９６ｂに入力側の端子部９６Ａを接続し、一端９６ａに抵抗９８を接続し、抵抗９８の他端にアース側の端子部９８Ａを設け、巨大磁気抵抗効果素子９５と抵抗９７の中点を増幅器９９に接続し、巨大磁気抵抗効果素子９６と抵抗９８の中点を増幅器９９に接続して構成し、中点出力の差動増幅ができるように構成したものである。
【００３４】
図６に示す回路構造を図２に示す基板Ｋに設けてポテンショメータを構成するとともに、端子部９７Ａ、９５Ａと端子部９６Ａ、９８Ａにそれぞれ電圧を印加することで増幅器９９から回転軸８０の回転角度に応じた正弦波出力の増幅信号を得ることでポテンショメータとして作動させることができ、先の第１実施形態の場合と同様に回転軸８０の回転に伴う正弦波出力を得ることができる。また、この形態では増幅器９９で出力を増幅できるので、先の第１実施形態の場合よりも大きな出力を得ることができる。
【００３５】
図７は本発明の第４実施形態のポテンショメータに用いられる巨大磁気抵抗効果素子の回路図、図８は同回路の基本概念を示す概略構成図、図９は同巨大磁気抵抗効果素子を実際の基板Ｋ４上に形成してなる構造の一例を示す平面図である。 第４実施形態のポテンショメータに備えられる基板Ｋ４には、図７において左上側に配置された第１の巨大磁気抵抗効果素子３１と、同図の左下側に配置された第２の巨大磁気抵抗効果素子３２と、同図の右上側に配置された第３の巨大磁気抵抗効果素子３３と、同図の右下側に配置された第４の巨大磁気抵抗効果素子３４とを具備して構成されている。
また、これらの巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４はいずれも後述する如く薄膜の積層体からなり、線状の細長い形状とされ、第１と第２の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２は図７に示す第１の直線Ｌ１に沿って配置されるとともに、第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子３３、３４は、前記第１の直線Ｌ１に離間して平行に設けられた第２の直線Ｌ２に沿って配置されている。
【００３６】
更に、前記第１と第３の巨大磁気抵抗効果素子３１、３３が左右に対向する位置に、前記第２と第４の巨大磁気抵抗効果素子３２、３４が左右に対向する位置にそれぞれ配置されている。
なお、この実施形態においては第１、第２の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２が同一直線上に、第３、第４の巨大磁気抵抗効果素子３３、３４が同一直線上にそれぞれ配置されているが、これらは平行関係を保ったままで横方向に多少位置ずれしていても良く、個々に多少傾斜していても良い。
【００３７】
図８は本実施形態の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４の積層構造と、それら各層の磁化の向きを明らかにするためのもので、巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４はいずれも同等の構造とされ、基本的には図８に示すように強磁性層（フリー磁性層）ａと非磁性層ｂと強磁性層（ピン止め磁性層）ｃと交換バイアス層（反強磁性体層）ｄを積層して構成されている。
図８に示す積層構造において、第１の巨大磁気抵抗効果素子３１において交換バイアス層ｄとピン止め層ｃの磁化の向きが矢印ｅに示すように右向きに、第２の巨大磁気抵抗効果素子３２において交換バイアス層ｄとピン止め層ｃの磁化の向きが矢印ｆに示すように右向きに設定されている。
【００３８】
前記第３の巨大磁気抵抗効果素子３３において交換バイアス層ｄとピン止め層ｃの磁化の向きが矢印ｇに示すように左向きに、第４の巨大磁気抵抗効果素子３４において交換バイアス層ｄとピン止め層ｃの磁化の向きが矢印ｈに示すように左向きに設定されている。従って、第１と第２の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２のピン止め磁性層ｃの磁化の向きは互いに平行であり、第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子３３、３４のピン止め磁性層ｃの磁化の向きは互いに平行にされているとともに、第１と第２の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２のピン止め磁性層ｃの磁化の向きと、第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子３３、３４のピン止め磁性層ｃの磁化の向きは、互いに１８０゜反対方向に向けられている。
【００３９】
前記の第１と第２と第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４のフリー磁性層ａの磁化の向きは、外部磁界が作用しない状態においては不特定の方向に向けられている。
【００４０】
次に、前記第１の巨大磁気抵抗効果素子３１の一側３１ａと第４の巨大磁気抵抗効果素子３４の一側３４ａとが導体４２で接続され、この導体４２が接続部とされ、導体４２からなる接続部に出力側の端子部４３が接続されるとともに、第２の巨大磁気抵抗効果素子３２の一側３２ａと第３の巨大磁気抵抗効果素子３３の一側３３ａとが導体４５で接続され、この導体４５が接続部とされ、この導体４５に出力側の端子部４６が接続されている。更に、第１の巨大磁気抵抗効果素子３１の他側３１ｂと第３の巨大磁気抵抗効果素子３３の他側３３ｂとが導体４０で接続され、この導体４０が接続部とされ、この導体４０に入力側の端子部４１が接続されるとともに、第２の巨大磁気抵抗効果素子３２の他側３２ｂと第４の巨大磁気抵抗効果素子３４の他側３４ｂが導体４７で接続され、この導体４７が接続部とされ、この導体４７に入力側の端子部４８が接続されている。
【００４１】
従って、第１の巨大磁気抵抗効果素子３１と第４の巨大磁気抵抗効果素子３４とが直列接続されて第１の接続対Ｐ１が構成され、第２の巨大磁気抵抗効果素子３２と第３の巨大磁気抵抗効果素子３３とが直列接続されて第２の接続対Ｐ２が構成されている。
【００４２】
図９は、図７と図８に示す基本構造の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４と、導体４０、４２、４５、４７と端子部４１、４３、４６、４８を実際に基板Ｋ４の上に積層してなる構造の一例を示す。
この例の構造において、前記基板Ｋ４はＳｉ基板等の非磁性の材料からなり、基板上面に平坦化あるいは絶縁性向上等の目的でＡｌ２Ｏ３等からなる下地膜を被覆したものなどが好適に用いられる。
【００４３】
前記基板Ｋ４上に基本的に図８に示す積層構造を有し、図７に示すように直線Ｌ１とＬ２に沿うように配置された線状の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４が形成され、それらを接続するＣｒ、Ｃｕ等の導電性金属材料からなる導体４０、４２、４５、４７が形成され、基板Ｋのコーナ部分側に位置するように端子部４１、４３、４６、４８が形成されている。この形態の巨大磁気抵抗効果素子３１の詳細断面構造は先に図４を基に説明した巨大磁気抵抗効果素子２６の構造と同等とされている。
【００４４】
図７と図８に示すに対して回転軸８０の回転によって外部磁界Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４が作用すると、これらの磁界Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４に合わせて巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４の各フリー磁性層ａの磁化の向きが回転する結果、その回転角度に応じて電気抵抗変化を生じる。
この電気抵抗変化を測定するには、端子部４１と端子部４８を入力側と見て所定の電圧を印加し、端子部４３、４６を出力側と見て抵抗変化に伴う電圧測定を行うことで実現できる。
【００４５】
図１０は、前記構造のポテンショメータにおいて、ピン止め磁性層ｃの磁化の向きをｅとして一方向（右向き）に固定した場合に、フリー磁性層ａの磁化の回転に応じた抵抗変化特性を示すもので、抵抗変化は、ピン止め磁性層ｃの磁化の向きｅとフリー磁性層ａの磁化の向きｋが同方向の際に最小値を示し、反平行の場合に最大値を示し、その間の変化は図１０に示す正弦波を示す。
これは、本実施例のように、飽和磁界以上が加わっている場合、巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４の抵抗値は磁界強度に関係なく、ピン止め磁性層ｃとフリー磁性層ａの磁化の向きがなす角によって一定の値となり、この値は逆向きとなった場合に最大値をとり、更にその値は斜めになるに従って小さくなり、同方向で最小値をとるという特性に起因する。
【００４６】
従って、抵抗変化の中間点を原点とみなすと、抵抗変化の極性（増加する方向を＋、減少する方向を−とする。）はピン止め磁性層ｄの磁化の向きが同じにされた巨大磁気抵抗効果素子３１、３２どうしでは同極性であり、巨大磁気抵抗効果素子３３、３４どうしでは同極性であるが、巨大磁気抵抗効果素子３１と巨大磁気抵抗効果素子３３では逆極性に、巨大磁気抵抗効果素子３２と巨大磁気抵抗効果素子３４では逆極性になるので、図７と図８に示す接続構造で巨大磁気抵抗効果素子のホイートストーンブリッジが構成されたことなりポテンショメータとして有効に作動する。また、この形態の構造においては、巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４によってホイートストーンブリッジを構成したので、先の例のように２つの巨大磁気抵抗効果素子を設けた場合に比べて出力の増大（抵抗変化率の増大）、磁界環境変化による磁気的ノイズ成分の打消効果（地磁気の方向や磁気的ノイズ成分等による巨大磁気抵抗効果素子毎の雑音成分の除去）を得ることができる。
【００４７】
図１１、図１２は本発明に係るポテンショメータ用の巨大磁気抵抗効果素子の構成を示すもので、この形態の構成において先の図７と図９に示す構造と同じ構造には同一符号を付してそれらの説明を省略する。
この接続構造の巨大磁気抵抗効果素子を備えたポテンショメータにおいても先の形態のポテンショメータと同様に、基板Ｋ５上に巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４が設けられており、それらのピン止め磁性層の磁化の向きも同等とされているが、導体による接続構造が一部のみ異なっている。
【００４８】
第１の巨大磁気抵抗効果素子３１の他端３１ｂが、図７と図９の構造の場合と同様に導体４０によって第３の巨大磁気抵抗効果素子３３の他端３３ｂに接続され、巨大磁気抵抗効果素子３１の一端３１ｂが図７と図９の構造と同様に導体４２によって第４の巨大磁気抵抗効果素子３４の一端３４ａに接続されている。また、第２の巨大磁気抵抗効果素子３２の一端３２ａは導体６０によって第４の巨大磁気抵抗効果素子３４の他端３４ｂに接続され、第２の巨大磁気抵抗効果素子３２の他端３２ｂは導体６１によって第３の巨大磁気抵抗効果素子３３の一端３３ａに接続されている。また、導体６０の一部を基板Ｋ５のコーナ部分に延長して入力用の端子部（アース側）６２が形成されるとともに、導体６１の途中部分において基板Ｋ５のコーナ部分に位置する箇所に出力用の端子部６３が形成されている。
【００４９】
図１１と図１２に示す巨大磁気抵抗効果素子の接続構造を用いたポテンショメータにおいても巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４によってホイートストンブリッジが構成されているので、先の実施形態の構造と同様に回転軸８０の回転角に応じて正弦波出力を得ることができ、ポテンショメータとして使用することができる。
【００５０】
次に、図１２に示す構造の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２、３３、３４の各々のピン止め磁性層ｃの磁化のピン止め方法について以下に説明する。
図１２に示す構造の基板Ｋ５を製造するには、Ｓｉ基板等の基板上に必要な膜を積層し、必要に応じて膜の積層工程に合わせて適宜フォトリソ工程を行い、パターニングを施して製造することができる。
【００５１】
まず、基板上に目的とする巨大磁気抵抗効果素子の積層構造に合わせて必要な薄膜を積層する。巨大磁気抵抗効果素子が５層構造の場合は５層の薄膜を積層し６層構造の場合は６層の薄膜を積層し７層構造の場合は７層の薄膜を積層する。次にこれら積層膜の上にレジストを塗布してフォトリソ工程を施し、必要部分のみを線状の巨大磁気抵抗効果素子として残す。
次に これら巨大磁気抵抗効果素子の上にレジストを形成してから電極膜を形成し、続いて電極膜をフォトリソ工程で所望の形状に加工して図１２に示すように導体を形成し、続いて後述するように磁界印加を行うならば図１２に示す回路を備えた基板Ｋ５を製造することができる。
【００５２】
磁界印加処理を行う場合、一例として図１３、図１４に示す製造装置Ｚを用いる。この例の製造装置Ｚは、ポテンショメータ用の基板Ｋ５を嵌め込み設置可能な幅の凹部７０を備えた基台７１と、この凹部７０の底面部に設置されたループ型の導体７２と、導体７２に接続された電源７３を主体として構成されている。前記導体７２は、直線状の第１の導体７５と、この第１の導体７５に平行な直線状の第２の導体７６と、これら第１の導体７５と第２の導体７６を連結する接続導体７７とからループ状に構成されている。
【００５３】
そして、基板Ｋを凹部７０に嵌め込み挿入した場合に図１４に示すように第１の導体７５の上方に巨大磁気抵抗効果素子３１、３２が位置し、第２の導体７６の上方に巨大磁気抵抗効果素子３３、３４が位置するように形成されている。また、電源７３は第１の導体７５側から第２の導体７６側に流れる直流電流を印加できるものである。
【００５４】
図１３と図１４に示すように基板Ｋ５を凹部７０に嵌め込み挿入した後、電源から直流電流を流すと、導体７５を流れる電流により図１４に示す導体７５を中心とする時計回りの磁界が生じるとともに導体７６を流れる電流により導体７６を中心とする反時計回りの磁界が生じるので、第１と第２の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２の交換バイアス層ｄを図１３の矢印ｅ、ｆに示す方向に、第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子３３Ａと３４Ａの交換バイアス層ｄを図１３の矢印ｇ、ｈに示す方向にそれぞれ着磁することができ、各交換バイアス層ｄの交換結合力によってそれらに隣接するピン止め磁性層ｃの磁化の向きを各々の方向（ｅ方向、ｆ方向、ｇ方向、ｈ方向）にピン止めすることができる。着磁した後で導体７７に流れる電流を停止すると、交換バイアス層ｄの着磁状態はそのまま保持されるので、各ピン止め磁性層ｃの磁化の向きもピン止めされたまま維持される。以上の工程を経ることにより、各ピン止め磁性層の磁化の向きを図１３に示すように制御したポテンショメータ用の基板Ｋ５を得ることができる。
【００５５】
前記第１の導体７５と第２の導体７６に電流を流して磁界を発生させる場合、両導体に流れる電流が時間的に１００μｓｅｃでもずれて作用すると、第１、第２の巨大磁気抵抗効果素子３１、３２の交換バイアス層ｄの着磁状態と、第３、第４の巨大磁気抵抗効果素子３３、３４の交換バイアス層ｄの着磁状態が同一状態でなされないおそれがあるので、第１の導体７５と第２の導体７６を同一電源に接続して磁界印加の時間ずれをできる限り無くした状態で磁界発生させることが重要である。
ただし、磁界印加の時間ずれを無くすることができように２つの電源の同期をとって着磁できるならば、複数の電源に接続して別々の電源から第１の導体７５と第２の導体７６に電流を流しても差し支えない。
【００５６】
なお、交換バイアス層ｄをα−Ｆｅ２Ｏ３層、ＮｉＯ層、ＩｒＭｎ層、ＣｒＰｔＭｎから構成した場合はこのような磁界印加手段で瞬時に着磁できるが、交換バイアス層ｄの構成材料としてＮｉＭｎ層、ＰｄＰｔＭｎ層、ＭｎＲｈＲｕ層、ＰｔＭｎ層を選択した場合はブロッキング温度以上の温度に加熱後、先に述べたごとく着磁する必要があるので着磁作業が繁雑になるが、本発明に適用できるのは勿論である。
【００５７】
図１５は本発明に係るポテンショメータ用の基板の他の形態を示すもので、この形態の基板Ｋ６は、基本的な構造については図１２に示す基板Ｋ５と同等であるが、異なっているのは、第１の巨大磁気抵抗効果素子３１Ｂが第１番目の直線Ｔ１に沿って、第２の巨大磁気抵抗効果素子３２Ｂが第２番目の直線Ｔ２に沿ってそれぞれ設けられている点と、第３の巨大磁気抵抗効果素子３３Ｂが第３番目の直線Ｔ３に沿って、第４の巨大磁気抵抗効果素子３４Ｂが第４番目の直線Ｔ４に沿ってそれぞれ設けられている点が異なる。第１番目、第２番目、第３番目、第４番目の直線Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４はいずれも平行であり、直線Ｔ１とＴ２が隣接配置され、直線Ｔ３とＴ４が隣接配置されている。
【００５８】
その他の構造は先に図１２に記載の基板Ｋ５と同等であり、この形態の基板Ｋ６を搭載したポテンショメータにおいても先の実施形態のポテンショメータと同等の効果を得ることができる。
また、基板Ｋ６を製造する際に用いる製造装置として図１３、図１４に示すものをそのまま用いることはできないので、第１の導体７５を第１の巨大磁気抵抗効果素子３１Ｂの位置と第２の巨大磁気抵抗効果素子３２Ｂの位置に合うように折り曲げ変形させ、第２の導体７６を第３の巨大磁気抵抗効果素子３３Ｂの位置と第４の巨大磁気抵抗効果素子３４Ｂの位置に合うように折り曲げ変形させて用いれば良い。
【００５９】
具体的には、第１の導体７５において電源７３に近い側の直線部分と電源７３から離れた側の直線部分の間（第１の巨大磁気抵抗効果素子３１Ｂと第２の巨大磁気抵抗効果素子３２Ｂとの間の部分の下方）に折曲部を形成し、第１の巨大磁気抵抗効果素子３２Ｂと第２の巨大磁気抵抗効果素子３３Ｂのいずれにも位置合わせできるように構成すると良い。また、第２の導体７６に対しても第１の導体７５の場合と同様に、第３の巨大磁気抵抗効果素子３３Ｂと第４の巨大磁気抵抗効果素子３４Ｂとの間の部分の下方に折曲部を設けて第２の導体７６１本で第３、第４の巨大磁気抵抗効果素子３３Ｂ、３４Ｂに位置合わせできるように構成すると良い。
【００６０】
以上説明した各実施形態のように、４つの巨大磁気抵抗効果素子によってブリッジ回路を構成することを想定すると、第１と第２の巨大磁気抵抗効果素子を同一直線上に配置し、第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子を同一直線上に配置することが望ましいが、図１５に示す形態のように多少位置ずれした状態で巨大磁気抵抗効果素子を配置しても差し支えない。また、巨大磁気抵抗効果素子をいずれも完全平行に配置する必要はなく、ブリッジ回路を構成する場合に位相の異なる抵抗を検出することに支障にならない程度傾斜させて配置しても良いのは勿論である。
【００６１】
【実施例】
縦３．６ｍｍ×横３．６ｍｍのサイズの厚さ０．５ｍｍのＳｉ基板上に、幅０．０５ｍｍ、長さ１．７５ｍｍの４つの線状の巨大磁気抵抗効果素子を図１２に示す位置に相互に平行位置に形成して基本構造の基板を形成した。
基板上の各巨大磁気抵抗効果素子は、Ａｌ２Ｏ３層（１０００Å厚）／α−Ｆｅ２Ｏ３層（１０００Å厚）／ＮｉＦｅ層（３０Å厚）／Ｃｏ層（１０Å厚）／Ｃｕ層（２２Å厚）／Ｃｏ層（１０Å厚）／ＮｉＦｅ層（７７Å厚）／Ｔａ（３０Å厚）の８層からなる積層構造とした。各巨大磁気抵抗効果素子の端部どうしを接続する導体はＣｒ膜から形成し、図１２に示す導体接続形状とした。
【００６２】
次に、図１３と図１４に示す装置に基板をセットし、太さ０．８〜０．９ｍｍの銅線からなる第１の導体と第２の導体に１００μｓｅｃの時間、３５００Ａの直流電流を同一電源から流して交換バイアス層の着磁を行ない、巨大磁気抵抗効果素子を得た。
【００６３】
この基板を図２に示す構造のポテンショメータに組み込み、基板の表面側に１１ｍｍのギャップを介して円盤状の磁気コード部材を配置し、磁気コード部材の中心軸位置と基板上の４つの巨大磁気抵抗効果素子の中心位置を位置合わせして基板を固定し、基板の入力側の端子部に５Ｖの電圧を印加し、出力側の端子部で電圧を測定し、磁気コード部材をその周回りに回転させたところ、図１６に示す電圧変化出力カーブを得ることができ、ポテンショメータとして使用可能であることを確認することができた。
これに対し、図２に示す基板の代わりに、ＧａＡｓ系の半導体を用いたホール素子を用いたポテンショメータを用いて同様な実験を行ったところ、図１６の鎖線に示す最大振幅５０ｍＶの出力を得ることができた。
これらの比較から、本発明に係る実施例のポテンショメータでは２００ｍＶの電圧差を有する正弦波を得ることができ、ホール素子を用いたポテンショメータよりも４倍程度大きな電圧変化を得ることができ、感度を向上できることが判明した。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のポテンショメータは、ピン止め磁性層の磁化の向きを１８０゜反対向きとした少なくとも一対の巨大磁気抵抗効果素子を基板上に設け、これら巨大磁気抵抗効果素子に対向させて磁極を有する磁気コード部材を回転自在に配置したので、磁気コード部材の回転角に応じて一対の巨大磁気抵抗効果素子の中点の電圧変化を測定することで磁気コード部材の回転状態を検出することができ、ポテンショメータとして使用することができる。
そして、巨大磁気抵抗効果素子を用いた構造であるので、大きな抵抗変化を得ることができる。
更に、対になる巨大磁気抵抗効果素子の間の中心位置と磁気コード部材の回転軸位置を揃えることで正確な正弦波出力を得ることができ、得られた出力波データの解析が容易になる特徴を有する。
【００６５】
また、４つの巨大磁気抵抗効果素子によってホイートストンブリッジを構成したものにあっては、電圧変化の出力の増大化、環境ノイズ磁界が作用した場合のノイズ磁界の打消が容易にでき、正確な回転角度検出ができるポテンショメータを提供することができる。
更に、第１の直線に沿って第１と第２の巨大磁気抵抗効果素子を配置し、第２の直線に沿って第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子を配置し、それらを相互接続してホイートストンブリッジとした構成にあっては、出力の増大化、環境ノイズ磁界が作用した場合のノイズ磁界の打消が容易にでき、正確な回転角度検出ができるポテンショメータを提供することができると同時に、
第１と第２の巨大磁気抵抗効果素子の交換バイアス層の着磁を同一方向にまとめて同一磁界で着磁することができ、第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子の交換バイアス層の着磁を同一方向にまとめて同一磁界で着磁して製造できるので、
４つ別々な方向に着磁する必要のあった従来構造よりも格段に着磁作業を容易にすることができる効果がある。従って巨大磁気抵抗効果素子をブリッジ接続した構造を具備するポテンショメータであっても、生産性の良好なものを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポテンショメータに備えられる巨大磁気抵抗効果素子の接続構造を示す回路図。
【図２】図１に示す巨大磁気抵抗効果素子が形成された基板を備えた第１実施形態のポテンショメータの断面図。
【図３】図１に示す巨大磁気抵抗効果素子の基本構造と接続状態を示す構成図。
【図４】図３に基本構造を示すポテンショメータに適用された巨大磁気抵抗効果素子の積層構造と導体の接続部分を示す断面図。
【図５】図５Ａは本発明に係るポテンショメータに備えられる巨大磁気抵抗効果素子の接続構造の第２の例を示す回路図、図５Ｂは第２の例の変形例を示す回路図。
【図６】本発明に係るポテンショメータに備えられる巨大磁気抵抗効果素子の接続構造の第３の例を示す回路図。
【図７】本発明に係るポテンショメータに備えられる巨大磁気抵抗効果素子の接続構造の第４の例を示す回路図。
【図８】図７に示す巨大磁気抵抗効果素子の基本構造とそれらの接続状態を示す概略構成図。
【図９】図７と図８に示す巨大磁気抵抗効果素子の接続構造を基板上に形成した一例を示す平面図。
【図１０】図７と図８に示す巨大磁気抵抗効果素子の接続構造において得られる正弦波出力を示す図。
【図１１】本発明に係るポテンショメータに備えられる巨大磁気抵抗効果素子の接続構造の第５の例を示す回路図。
【図１２】図１１に示す巨大磁気抵抗効果素子の接続構造を基板上に形成した一例を示す平面図。
【図１３】図１１に示す巨大磁気抵抗効果素子を製造装置により着磁している状態を示す図。
【図１４】同状態の側面図。
【図１５】本発明に係るポテンショメータに備えられる巨大磁気抵抗効果素子の接続構造の第６の例を示す図。
【図１６】実施例のポテンショメータで得られた出力測定結果を示す図。
【図１７】従来の磁界センサの一例を示す概略構成図。
【図１８】図１７に示す磁界センサに備えられている巨大磁気抵抗効果素子のピン止め磁性層の磁化の向きとフリー磁性層の磁化の向きの関係を示す図。
【符号の説明】
ａ・・・強磁性層（フリー磁性層）、ｂ・・・非磁性層、ｃ・・・強磁性層（ピン止め磁性層）、ｄ・・・交換バイアス層（反強磁性体層）、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ・・・磁化の向き、Ｋ、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６・・・基体（基板）、Ｌ１・・・第１の直線、Ｌ２・・・第２の直線、Ｏ・・・中心軸、２６、２７、８８、８９・・・巨大磁気抵抗効果素子、Ｍ１・・・ポテンショメータ、３１・・・第１の巨大磁気抵抗効果素子、３１ａ・・・一端、
３１ｂ・・・他端、３２・・・第２の巨大磁気抵抗効果素子、３２ａ・・・一端、
３２ｂ・・・他端、３３・・・第３の巨大磁気抵抗効果素子、３３ａ・・・一端、
３３ｂ・・・他端、３４・・・第４の巨大磁気抵抗効果素子、３４ａ・・・一端、
３４ｂ・・・他端、４０、４２、４５、４７・・・導体、２６Ａ、２７Ａ、２８Ａ、４１、４３、４６、４８、６１、６２、９０、９２、９３・・・端子部、８３・・・磁気コード部材。
Claims (5)
- 交換バイアス層と、この交換バイアス層により磁化の方向が一方向に固定されるピン止め磁性層と、非磁性層と、外部磁界によって磁化の方向が回転自在にされたフリー磁性層とを少なくとも具備する巨大磁気抵抗効果素子が一対以上備えられ、
前記対になる巨大磁気抵抗効果素子が、各々のピン止め磁性層の磁化の向きを１８０゜反対向きに向けて相互に電気的に接続された状態で基体上に設けられるとともに、
前記基体上の巨大磁気抵抗効果素子に対向状態で回転自在に磁気コード部材が設けられ、前記磁気コード部材の回転中心が前記対になる巨大磁気抵抗効果素子の中間位置を通過するように配置され、前記磁気コード部材にその回転方向に沿って少なくとも２つの磁極が形成されてなることを特徴とする巨大磁気抵抗効果素子を備えたポテンショメータ。 - 前記対になる巨大磁気抵抗効果素子が基体上に相互に離間して設けられ、それら巨大磁気抵抗効果素子の中心位置と前記磁気コード部材の回転中心軸位置が一致されてなることを特徴とする請求項１に記載の巨大磁気抵抗効果素子を備えたポテンショメータ。
- 第１の直線に沿って第１の巨大磁気抵抗効果素子と第２の巨大磁気抵抗効果素子とが配置され、前記第１の直線に平行な第２の直線に沿って第３の巨大磁気抵抗効果素子と第４の巨大磁気抵抗効果素子とが配置されるとともに、これら４つの巨大磁気抵抗効果素子の中心位置と前記磁気コード部材の回転中心軸位置とが一致されてなることを特徴とする請求項１に記載の巨大磁気抵抗効果素子を備えたポテンショメータ。
- 前記第１と第２と第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子の内、ピン止め磁性層の磁化の向きが異なるものどうしが接続されてホイートストンブリッジが構成されてなることを特徴とする請求項３に記載の巨大磁気抵抗効果素子を備えたポテンショメータ。
- 前記第１と第２と第３と第４の巨大磁気抵抗効果素子の各接続部分の内、２つに入力側の端子部が、残り２つに出力側の端子部が各々形成されてなることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の巨大磁気抵抗効果素子を備えたポテンショメータ。
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